小型风力发电机失速调节型叶轮的实验研究

摘要

在浓缩风能型风力发电机的专用叶轮二次风洞实验和后续研究基础上，以研究失速调节型叶轮为目的，运用气体动力学理论和对比方法，推导出直径为1.8m普通型300W风力发电机3叶片、5叶片和6叶片叶轮的设计参数，保证三种叶轮的实度相当，改变其对应位置处的弦长，同时适当修正对应位置的扭角。将以上三种叶片分别放到不同的安装角下，得出六种叶轮，采用车载法进行功率输出对比实验，研究叶片数和安装角对功率输出特性和失速调节性能的影响。实验结果表明:6叶片叶轮、5叶片叶轮、3叶片叶轮的起动风速分别为1.68m/s、1,83m/s和2,01m/s；分别在风速为10.18m/s、10.53m/s和10.54m/s时达到额定功率输出，三者的失速特性均不明显。在较小的轮毂安装角情况下，在实度相当的前提下，减少叶轮的叶片数目对机组的起动特性、功率输出特性和失速特性无明显影响。同时，6叶片叶轮、5叶片叶轮和3叶片叶轮在增大轮毂安装角为30°的情况下，功率输出特性明显下降，在风速分别为13.52m/s、14.30m/s和12.42m/s时才能达到额定功率输出。但是此时3叶片叶轮的功率输出特性明显优于5、6叶片叶轮。为使叶轮达到较好的失速性能而过多的增大轮毂安装角，将严重影响机组的功率输出特性。而减少叶轮的叶片数目、加大轮毂安装角，可以使叶轮的功率输出特性和失速特性达到较好的结合。为小型风力发电机失速调节型叶轮设计的进一步发展奠定了理论和技术基础，为简化机组结构，降低成本提供了研究基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1国内外风力发电发展现状

1.1.1国外风电场装机现状

1.1.2国内风电场装机现状

1.1.3国内离网型风力发电机组的发展现状

1.2风力发电机叶轮技术的发展

1.3本课题的研究内容和意义

2叶轮设计的空气动力学理论

2.1叶片的气动理论及翼型的几何参数

2.1.1叶片的气动理论

2.1.2翼型的几何参数

2.2叶轮设计的气动力学理论

2.2.1贝茨理论

2.2.2葛劳渥旋涡理论

2.2.3动量理论

2.2.4叶素理论

2.3叶轮的特性系数

2.3.1尖速比

2.3.2风能利用系数

2.3.3叶轮的转矩系数

2.3.4风能利用系数、转矩系数与尖速比的关系

2.4定桨距风力发电机叶轮的失速调节原理

3 300W风力发电机失速调节型叶轮的设计

3.1叶片的气动外形设计

3.1.1叶轮设计的初始参数

3.1.2叶轮直径的确定

3.1.3叶片数的选择

3.1.4叶片各剖面弦长的确定

3.1.5翼型的选择

3.1.6叶片各剖面扭角的确定

3.2叶轮的结构设计

3.2.1叶片根部的结构形式

3.2.2叶片材料的选择

3.3叶轮特性的理论计算

3.3.1尖速比与理论转矩系数、风能利用系数的关系曲线

3.3.2叶轮的理论功率和转矩曲线

3.4叶轮的强度校核

3.4.1叶片的受力分析

3.4.2叶片强度的校核

4 300W力发电机失速调节型叶轮的实验与分析

4.1 300W发电机实验台实验

4.1.1实验仪器

4.1.2 300W发电机实验台测试系统简图

4.1.3 300W发电机功率输出特性实验结果

4.2车载实验

4.2.1实验仪器

4.2.2车载实验测试系统

4.2.3起动风速V0的测定

4.3实验结果与分析

4.3.1实验数据的处理方法

4.3.2功率曲线的修正

4.3.3功率输出特性的比较

5结论和讨论

5.1结论

5.2讨论

致 谢

参考文献

附 录

作者简介